Современная электроника №8/2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 61 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 Рис. 1. Типовое применение микросхемы контроллера полной диагностики и корректной информации о состоянии подшипника необходимы дополнительные данные, такие какчастота вращенияротора, спек- трыфазных токов в случае электроприво- да, моментнагрузкина валуприводаит.п. Этисведения должныпоступать вмикро- контроллермалогабаритногоинтеллек- туальногоблокапоотдельнымцифровым или аналоговымканалам. Важными особенностями стацио- нарных систем мониторинга, которые определяют и основной список реша- емых ими задач, являются: ● возможность непрерывного изме- рения контролируемых параметров оборудования в реальном времени; ● возможность мультифизического мо- ниторинга, например совместного мониторирования механических и электрических величин, что харак- терно для электродвигателей и сило- вых трансформаторов; ● возможность организации периоди- ческого съёма (в том числе и удалён- ного) первичной информации в циф- ровой форме для более глубокой диа- гностики оборудования в удалённых диагностических центрах. Для обслуживания оборудования по фактическому состоянию необходи- мо в реальном времени иметь инфор- мацию о техническом состоянии это- го оборудования. Такой информацией для механического и электромеханиче- ского оборудования является вибрация. Наиболее эффективно мониторинг состояния осуществляется с помощью анализа периодических, случайных и импульсных составляющих вибрации. Разделение вибросигнала на такие составляющие позволяет обнаружить тенденции к опасному изменению состояния агрегата и прогнозировать характер его развития. В то же время существует ряд проблем, возникающих при мониторинге состояния вращаю- щихся частей машин, а именно: ● большое количество параллельно и непрерывно работающих датчиков и большой объём передаваемой ин- формации; ● высокая цена существующих широ- кодиапазонных датчиков вибрации и измерительных каналов; ● большие габариты существующих датчиков, не позволяющие встраи- вать их непосредственно в конструк- цию контролируемых блоков. Стационарные системы контроля вибрации должны быть изначально ориентированы на вполне конкретный тип оборудования, под задачи которого будет подстраиваться система. Это сни- зит универсальность системы, но в то же время позволит сократить количество параллельно и непрерывно передавае- мой объёмной информации от работа- ющих универсальных датчиков с широ- ким частотным и динамическим диапа- зоном. Причиной высокой стоимости измерительного канала является его построение на дискретных компонен- тах и интегральных аналоговых схемах небольшой степени интеграции. Следует отметить, что передовые производители стационарных систем мониторинга уже давно реализовали в них функции защитного мониторин- га и объединяют такие системы с АСУ ТП в единый комплекс. В рамках реализации проекта в каче- стве объектов мониторирования были выбраны подшипники качения. Имен- но подшипники чаще всего определя- ют периодичность проведения ремонта оборудования из-за быстрой выработ- ки ресурса, особенно из-за нарушений режимов эксплуатации. Из рекомендуемых международны- ми стандартами [1] измеряемых пара- метров были выбраны два – вибрация и температура. Наиболее эффектив- ны для решения задачи мониторинга состояния вращающегося оборудова- ния датчики, встроенные в оборудова- ние и работающие в составе стационар- ных систем контроля. Эти датчики дают возможность контролировать появле- ние кратковременных скачков вибра- ции, а также измерять и анализировать вибрацию и температуру в переходных режимах работы оборудования (пуски, скачки нагрузки и т.п.). Задача мониторинга состояния вра- щающегося оборудования может быть решена с помощью достаточного дешё- вого датчика для непрерывных измере- ний вибрации и температуры объектов мониторинга. Минимальное количество каналов такого датчика – 2: один канал дляпериодическогоизмерения вибрации вширокомдиапазонечастот (отнесколь- ких герц до нескольких килогерц), вто- рой–дляизмерения температуры. Вибра- ция должна измеряться на подшипни- ковых узлах с делением на несколько частотных полос. Высокочастотная вибрациянаиболее сильнореагируетна изменение состояния смазки, сопрово- ждающеесяразрывомтонкогомасляно- гослоя. Вибрация вчастотномдиапазоне от 1000 до 10 000 Гц реагирует на разви- вающийсяизнос контактирующихмеж- ду собой узлов трения. Низкочастотная вибрация вращающегосяоборудования реагируетнапоявлениепредаварийной ситуации, когда в объекте контроля воз- никает цепочка быстроразвивающихся дефектов. Дляидентификациипричины изменения состояния количествочастот- ныхполос должнобыть достаточноболь- шим (обычно от 200 до 2000). С цельюрешения указанных проблем коллективамиАО «Зеленоградскийнано- технологический центр», НИУ МИЭТ и ЮФУ разрабатывается специализиро- ванная аналого-цифровая микросхема (ASIC) для построения интеллектуаль- ных датчиков вибрации. Датчик в слу- чае использования такой микросхемы состоит всего из 3 компонентов: 1. Чувствительный элемент. 2. ASIC (VIBRO-ASIC). 3. Стабилизатор напряжения. Контроллер вибрации VIBRO-ASIC (см. рис. 1) предназначен для построе- ния интеллектуальных датчиков вибра- ции с чувствительными элементами пье- зоэлектрического типа, а также с неко- торыми типами микромеханических чувствительных элементов (МЭМС).